包括机电装置和运动检测器的设备以及用于操作设备的方法

包括机电装置和运动检测器的设备以及用于操作设备的方法
【专利摘要】本发明涉及一种包括机电装置、控制单元和运动检测器的设备，其中，机电装置可由控制单元经控制信号控制，运动检测器被配置成使得机电装置的机械运动得以确定，并且运动检测器提供运动检测器信号。本发明还涉及一种用于操作机电装置的方法。提供一种具有机电装置的设备使其可靠性和功率消耗得到改善的技术问题得到了解决，因为控制单元被配置成使得它能够受到控制信号与运动检测器信号之间的相位差的影响。该技术问题还通过用于操作设备具体地说是根据本发明的设备的方法来解决，方法包括如下步骤：通过控制信号运行机电装置；根据机电装置的机械运动产生运动检测器信号；和依赖于控制信号与运动检测器信号之间的相位差影响控制信号。
【专利说明】包括机电装置和运动检测器的设备以及用于操作设备的方 法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种包括机电装置、被配置成通过信号控制该机电装置的控制单元和 被配置成提供运动检测器信号的运动检测器的设备，其中，所述运动检测器被配置成使得 所述机电装置的所述机械运动得以确定。本发明还涉及一种用于操作机电装置的方法。

【背景技术】
[0002] 从现有技术得知，使用例如机电装置借助于电能来提供机械运动。还得知利用运 动检测器来监测这种机械运动。这能够进一步保证机电装置的某种移动已经的确发生，因 而减小使用了这种机电装置的装置发生未记录错误的概率。在此处，例如，错误是指机电装 置不移动但是控制信号被发送，或恰好相反。但是，不利的是，这样做时，错误仅在它已经发 生之后才被检测到。
[0003] 通过任意机械驱动系统，一个人可能希望完成多种不同的功能。一个常见功能目 标是"位置控制"，其中，存在输入位置要求，而输出将遵循该位置要求。
[0004] 另一个功能目标能够是"力控制"，其中，存在输入力（或扭矩）要求，并且要求驱 动系统将该力（或扭矩）精确地施加到输出端。通过这些中的任一种，装置遵循位置或力 要求的能力将受到驱动系统的输出力（或扭矩）能力的限制。显然，如果在输出端处存在 大负载，则可能发生的是，电机不能驱动（太）大负载，使得输出将不遵循位置要求或力要 求。
[0005] 为何机电装置会不遵循控制信号，存在若干原因。可能存在失灵或机械装置上的 负载对于机电装置而言可能太大以至于不能以预期的方式移动。特别是为了克服后一个问 题，例如可以对这种系统进行过度设计，并提供在每种情况下强到足以驱动负载的机电装 置。然而，这可能导致高得多的成本和高得多的能量和空间消耗。
[0006] 特别是对于步进电机，存在所谓的打滑和停转的问题。在步进电机（和电刷DC电 机）的情况下，不存在容易测量的指示电机正在驱动的负载的大小的电机参数。由电机相 位汲取的电流为近似恒定的，无论电机正在驱动的负载如何。在施加的相电压、电机相电 流、以及还有电机的反电动势之间存在复杂的相互作用，这取决于电机速度。电机相电流和 相电压还可能是不连续的（例如，它们在每个步骤期间改变），并且因此难以精确地测量。
[0007] 如果步进电机滑过了一步，则即使该步的控制信号被发送，步进电机也不执行该 步。在极端情况下，步进电机停转。然后，负载太高，步进电机不只是滑过一步或多步，而是 根本不移动。能够以小电流（或电压）驱动步进电机以及还有无刷DC电机，在这种情况 下，电机在低扭矩下停转，或者在较高（或最大）电流（或电压）下，这时电机在较高（或 甚至最大）扭矩下停转。明显地，如果电流（或电压）高，则停转不太可能，但是较高的电 流（或电压）使用更多功率，并且还促使电机升温更高。在一些情况下，高电流（或电压） 不能被维持长久，因为它促使电机过热。
[0008] 在某些实施例中，电机可能按组滑步，例如四步、八步、或十二步一组。
[0009] 但是，在许多应用中，特别是医疗装置领域，例如通过防止打滑和停转同时保持功 率消耗尽可能低来提供具有非常低的故障率、不易出现误差和失灵的装置是高度重要的。 这可能与便携式装置相关，因为便携式电源在它耗尽而须再充电之前仅能够提供有限的能 量。
[0010] 对于能够从一个或多个存储部输送一种或多种药物制剂的医疗装置来说，尤其如 此。这种药物制剂可以包括第一药物和可选的第二药物。医疗装置包括用于自动地或由用 户手动地输送药物制剂的剂量设定机构。
[0011] 医疗装置可以是注射器，例如手持注射器，特别是笔型注射器，即，通过从一个或 多个多剂量药筒注射医药产品来提供给送的那种注射器。具体地，本发明涉及其中用户可 以设定剂量的这种注射器。
[0012] 药物制剂可以被包含在一个、两个或更多个剂量存储部、容器或包装中，每个剂量 存储部、容器或包装包含独立的（单种药物化合物）或预先混合的（联合配制的多种药物 化合物）药物制剂。
[0013] 某些疾病状态需要使用一种或多种不同的药物治疗。一些药物化合物需要相互以 特定关系被输送以便输送最佳的治疗剂量。本专利申请在期望组合治疗的情况下是特别有 益的，但是由于诸如但不限于稳定性、折中治疗性能和毒性等原因，混合治疗在单配方中是 不可能的。
[0014] 例如，在一些情况下，用长效胰岛素（也可以被称为第一或主要药物）连同诸如 GLP-1或GLP-1类似物的胰高血糖素样肽-1 (也可以被称为第二药物或次要药物）来治疗 糖尿病患者可能是有益的。
[0015] 因此，存在提供在单次注射或输送步骤中输送两种或更多种药物的装置的需要， 这种装置对用户而言执行起来简单，无需对药物输送装置进行复杂的物理操纵。所建议的 药物输送装置提供用于两种或更多种活性药物制剂的独立的存储容器或药筒固持件。然 后，这些活性药物制剂在单个输送程序期间被组合和/或输送至患者。这些活性制剂可以 以组合剂量一起被给送，或可替代地，这些活性制剂可以以连续的方式相继地被组合。
[0016] 该药物输送装置还考虑到改变药物数量的机会。例如，可以通过改变注射装置的 性质（例如，设定用户可变剂量或改变装置的"固定"剂量）来改变一种流体数量。可以通 过制造各种包含次要药物的包装（且每种变化包含不同体积和/或浓度的第二活性药剂） 来改变第二药物数量。
[0017] 药物输送装置可以具有单个分配接口。该接口可以被构造成与包含至少一种药物 制剂的药物的主存储部以及与次要存储部流体连通。药物分配接口能够是允许两种或更多 种药物离开系统并且被传输至患者的出口类型。
[0018] 来自独立的存储部的化合物的组合物能够经双头针组件被输送至身体。这提供组 合药物注射系统，就用户角度而言，该系统以密切匹配当前可用的使用标准针组件的注射 装置的方式来实现药物输送。一个可能的输送程序可能涉及下列步骤：
[0019] 1.将分配接口附接到机电注射装置的远端。分配接口包括第一近侧针和第二近侧 针。第一和第二针分别刺穿包含主化合物的第一存储部和包含次要化合物的第二存储部。
[0020] 2.将诸如双头针组件的剂量分配器附接至分配接口的远端。以这种方式，针组件 的近端与主化合物和次要化合物两者流体连通。
[0021] 3.拨选/设定来自注射装置的期望剂量的主化合物，例如经图形用户界面（⑶I)。
[0022] 4.在用户设定主化合物的剂量之后，微处理器控制的控制单元可以确定或计算次 要化合物的剂量并且优选地可以基于先前存储的治疗剂量图表来确定或计算该第二剂量。 然后，用户将该计算的药物组合物注入。治疗剂量图表可以是用户可选的。可替代地，用户 能够拨选或设定期望剂量的次要化合物。
[0023] 5.可选地，在第二剂量已经被设置之后，可以将装置放置在解除保险状态下。可选 的解除保险状态可以通过按压和/或把持控制盘上的"0K (就绪）"或"Arm(解除保险）" 按钮来实现。解除保险状态可以提供持续预先定义的一段时间，在该时间段内，能够使用装 置来分配组合的剂量。
[0024] 6.然后，用户将剂量分配器（例如，双端针组件）的远端插入或施加到期望的注射 部位中。主化合物和次要化合物（以及潜在地第三药物）的组合物的剂量通过启动注射用 户接口（例如，注射按钮）来给送。
[0025] 两种药物都可以经一个注射针或剂量分配器并且在一个注射步骤中被输送。这与 给送两次独立的注射物相比，在减少用户步骤方面，为用户提供方便的益处。


【发明内容】

[0026] 鉴于上述内容，本发明面对的技术问题为提供一种具有机电装置的设备，其可靠 性以及功率消耗得到改进。
[0027] 该技术问题得到解决，方法是控制单元被配置成使得控制信号能够受到控制信号 与运动检测器信号之间的相位差的影响。
[0028] -些机电装置，像步进电机或无刷DC电机，可能表现出在控制信号与电机的实际 移动之间存在延迟或相位差的性质。在步进电机的情况下，控制信号可以由单独的脉冲或 例如一系列脉冲组成，每个脉冲表示所谓的阶跃，该阶跃促使步进电机执行机械运动或更 准确地说促使步进电机的转子旋转通过一定度数。因此，控制信号携带相信息，可能是直接 的或者间接的，例如由与电机的一步将被执行的时间或预期时间相关的信号边沿携带。
[0029] 如果在这种机电装置上不存在负载，则在机电装置的控制信号与实际移动之间基 本上不存在延迟或仅存在短延迟。如果电机上的负载增加，则控制信号与实际移动之间的 延迟增加。利用运动检测器，机电装置的该运动或移动能够被转换或被编码成运动检测器 信号。然后，控制信号与机电装置的实际移动之间的延迟能够以这两个信号之间的相位差 表达。
[0030] 本发明发现，尤其是对于步进电机，在以阻力扭矩或动量形式的电机上增加的负 载与控制信号与运动检测器信号之间的相位差之间存在关系。对于步进电机，该关系为基 本上线性的。
[0031] 因此，为了让控制单元向机电装置提供控制信号，控制信号会受到相位差的影响， 其最佳地被调节至机电装置上的负载或阻力扭矩。这导致操作机电装置的提高的可靠性并 且同时节省能量，因为机电装置仅需要提供足够的施加扭矩来克服阻力扭矩。
[0032] 通过影响或调节控制信号，应理解，控制信号例如就其频率或相对于其脉冲（在 信号由脉冲组成的情况下）的幅值或形状被调节。例如，当机电装置上的负载变得太高时， 控制信号完全断开并且出于安全原因不再发出进一步的脉冲，也是可能的。调节信号的方 式取决于机电装置的特定类型以及特定机电装置如何受到控制或驱动。
[0033] 至少在提供步进电机的情况下，对相位差的影响的理由是，由于机电装置上的负 载产生的扭矩，机电装置中的磁场是扭曲的。这导致步进电机实际上执行由控制信号指示 的步的一定延迟。该延迟取决于电机上的机械负载（扭矩形式）并且近似与该机械负载成 比例。
[0034] 通过根据本发明配置控制单元，使得控制信号受到控制信号与运动检测器信号之 间的相位差的影响，一方面，不仅可以检测机电装置的错误或打滑，而且还可以防止根据本 发明的设备的任意不期望的失灵。例如，由于增加的延迟能够被解释为增加的阻力扭矩，所 以能够足够早地开始应对措施以防止机电装置出现以打滑或停转形式的任意错误。例如， 这种应对措施能够是增加电流以增加电机所施加扭矩或对用户提供报警信号。同时，另一 方面，可以调节并且因此减少根据本发明的设备的功率消耗，由于小相位差可以指示机电 装置不必要的大电流导致例如将通过耗散而损失的损失能量。因此，脉冲电流可以减小，或 脉冲的长度或形状可以减小以便为电机的移动提供更少但仍然充分的能量。而且，经调节 的控制信号还导致结构元件（具体地说，机电装置和类似例如传动系的承载部件）的更长 的寿命，因为如果机电装置在最大或较高功率级下没有一直操作，则对这些部分的应力、应 变和操作要求更低。
[0035] 特别是如果机电装置由例如锂离子电池的电池提供功率，则低功耗是重要的。
[0036] 即使机电装置优选为旋转电机，但还可以想到提供例如线性电机。
[0037] 可以使用微处理器作为机电装置的控制单元。微处理器还能够用于其它任务。当 然，也可以为机电装置提供诸如电机驱动器的专用控制单元。
[0038] 根据本发明设备的一个实施例，控制单元被配置成使得，控制信号的电流可以取 决于控制信号与运动检测器信号之间的相位差得到改变。
[0039] 通过影响控制信号使得电流（或电压）被改变，提供了调节机电装置的功率的容 易的方式。能够以这种方式调节大部分机电装置，诸如步进电机或无刷DC电机。存在改变 电流的不同的方式。在步进电机的情况下，单个脉冲的电流幅值直接影响步进电机可以驱 动的最大扭矩或负载并且仍然输出该步。代替改变电流的幅值，控制步进电机的单个脉冲 也可减少以减小提供给步进电机的有效功率（或每步的能量）。脉冲宽度的这种减小可以 通过脉冲宽度调制来实现。通过修改脉冲宽度调制，可以相应地调节有效功率（或每步的 能量）。由于步进电机的离散步，与其它电机相比，使控制信号与运动检测器信号（两者都 示出离散阶跃）的关联性简单。
[0040] 因此，最小但是仍然充分的电流能够被用来确保，由电机施加的扭矩或动量足以 克服阻力扭矩，并且同时，所供应的电流小到足以不浪费任意能量。因此，可靠性以及功率 消耗进一步提1?。
[0041] 机电装置可以驱动传动系。这种传动系能够包括齿轮传动装置和/或驱动杆。以 这种方式，机电装置的旋转运动能够被转换成横向移动。通过提供齿轮传动装置，电机的精 确度和施加的扭矩也能够受到影响以例如通过使得机电装置在最佳工作点操作来进一步 改善可靠性和功率消耗。
[0042] 当根据本发明设备的另一个实施例的运动检测器包括至少一个发射源（例如，光 源）、检测器和位于该发射源与检测器之间的遮断板时，能够提供具有低功耗的省空间运动 检测器。利用布置在发射源与检测器之间的遮断板，发射源能够通过机电装置的机械运动 交替地被覆盖和显露。这可以通过安装在机电装置的小齿轮上的旗形件的布置或具有旗形 件的独立盘来实现，使得旗形件覆盖和显露检测器或发射源。当然，在传动系内的其它位置 处也能够检测到机械运动。取决于旗形件的数量，在控制信号中的脉冲与运动检测器信号 中的脉冲之间可能不一定存在一对一关系。在这个意义上，检测器为编码器，将机械运动或 光信号编码成电信号。
[0043] 优选地，使用两个检测器，并且使用一个发射源。因此，在一个旗形件经过检测器 的情况下，单个遮断旗形件在运动检测器信号中能够产生四个边沿。由于存在两个检测器 和旗形件的两个边沿，所以当旗形件经过两个检测器时，从两个检测器产生四个可区别的 信号。以这种方式，运动检测器的分辨率能够增加，并且因此机电装置上的两个方向上的变 化负载的检测精确度和速度得到改善。
[0044] 优选地，电机每转从运动检测器接收的可区别的信号的数量等于来自产生电机一 转的控制单元的脉冲的数量。可替代地，两者呈简单的比率关系。例如，来自控制单元的每 转脉冲数量为从运动检测器接收的可区别信号的数量的整数倍数。
[0045] 发射源优选是像例如LED之类的光源，而检测器是光检测器。
[0046] 当提供对在控制信号与运动检测器信号之间的多个相位差进行平均的单元时，确 定控制信号与运动检测器信号之间的相位差的可靠性得到改善。这种单元不一定需要为独 立的单元，而是这种单元还能够例如在控制单元内。
[0047] 因为相位差的测量中的误差和抖动，平均相位差不太易于受这种统计误差或制造 公差的影响，因为统计误差和公差在平均期间在很大程度上相互抵消。因此，能够确定更可 靠且稳定的相位差，产生对控制信号更精确的影响。例如，这种装置能够是任一种处理单元 或在控制单元内。
[0048] 当每个光学编码器的遮断旗形件存在四个信号时，对4个、8个或12个相位差求平 均值是优选的。已经示出，在这种情况下4的倍数产生测量误差的最佳减小。增加相位差 的数量提高精确度，但是，它降低确定相位差的速度。
[0049] 特别优选的是，作为控制信号与运动检测器信号之间的相位差的度量，确定阶跃 函数之间的面积，其中，阶跃函数中的阶跃表示由控制信号指示的步和由运动检测器检测 到的步。在相位差增加的情况下，阶跃函数之间的面积也增加，反之减小。对多个相位差求 平均值能够以这种方式有效地实施并且节省计算能力。
[0050] 根据本发明的另一个实施例，控制信号被调节为使得所述机电装置所施加的扭矩 总是超过所述机电装置上的阻力扭矩。因此，防止机电装置停转。通过确保由机电装置施 加的扭矩或动量总是大于阻力扭矩或动量，有效地防止机电装置停转。因此，设备的可靠性 被最大化，而同时，不必使机电装置在负载低时以最大功率运行以防止它停转。
[0051] 根据另一个实施例，设备为医疗装置，具体地便携式医疗装置，用于输送至少一种 流体，具体地药物输送装置。特别是医疗装置，某种药物的精确剂量输送非常重要，因为过 剂量和欠剂量都是不期望的。因此，如果流体（具体地说药物或药剂）通过机电装置的移 动被输送，则重要的是为机电装置提供可靠且可预测的移动。特别是对于便携式医疗装置， 经济功率使用也是重要的。由于为了用户方便，以不频繁的再充电为目的，同时，必须确保 便携式医疗装置的适当工作。
[0052] 根据本发明设备的另一个实施例，该设备进一步至少包括包含第一流体的第一存 储部和至少连接至该第一存储部的流体通道。机电装置被配置成使得它能够至少对第一存 储部中的第一流体施加压力，使得流体被引导通过流体通道。为机电装置预测和提供合适 的扭矩或力数量以对流体提供压力是特别大的问题，因为必要的扭矩取决于像例如流体粘 度、通道直径或环境温度之类的多个因素。已调节的控制信号，受到控制信号与运动检测器 信号之间的相位差的影响，允许以低功耗可靠操作。
[0053] 进一步优选的是，设备进一步包括包含第二流体的第二存储部和至少连接至该第 二存储部的流体通道。机电装置被配置成使得它能够对第二存储部中的第二流体施加压 力，使得第二流体被引导通过流体通道。在这种情况下，当使用第二机电装置和/或第二控 制单元和/或第二运动检测器时，也是特别优选的。以这种方式，两种不同的流体（具体地 说，药物或药剂）能够优选地独立于彼此被输送至用户。存储部优选地以可更换药筒的形 式提供。
[0054] 根据另一个实施例，优选地，设备进一步包括传动系，其中，所述机电装置驱动所 述传动系以对所述第一流体施加压力。这种传动系可以包括例如小齿轮或和/或活塞杆和 /或齿轮传动装置。以这种方式，能够容易地将旋转运动转换成线性移动，而同时，对所施加 的扭矩和阻力扭矩的进一步的调节能够例如通过传动比来实现。活塞杆特别地能够被用来 在被用来对流体施加压力的柱塞或塞子上提供力。
[0055] 该技术问题还通过操作设备（具体地说，根据本发的设备）的方法来解决，所述方 法包括如下步骤：使机电装置利用控制信号运行，根据所述机电装置的机械移动产生运动 检测器信号，以及依赖于所述控制信号与所述运动检测器信号之间的相位差来影响所述控 制信号。
[0056] 通过允许将相位差作为阻力扭矩或动量或负载的度量来影响控制信号，一方面， 装置的可靠性将得到改善，因为停转不仅能够被运动检测器检测到，而且是能够被预测到。 能够采取诸如增加控制信号的电流之类的对策。另一方面，能够节省能量，因为机电装置不 需要在最大或高功率水平下操作，因为操作机电装置所需的控制信号并且因此功率能够适 于机电装置的实际瞬间负载。而且，还可以导致结构元件（具体地说，机电装置和类似例如 传动系的加载部分）的更长的寿命，因为如果机电装置在最大或较高功率级下没有一直操 作，则对这些部分的应力、应变和操作要求可以更低。
[0057] 根据该方法的实施例，取决于控制信号与运动检测器信号之间的相位差，控制信 号的电流被改变。
[0058] 通过改变控制信号的电流，提供调节机电装置的功率的容易的方式。在步进电机 的情况下，相电流的幅值直接影响由机电装置施加的扭矩或动量。在某些实施例中，可以调 节电机的相电压的幅值。代替改变电流（或电压）的幅度，为减小施加到步进电机的有效 电功率，也可以调节用以控制步进电机的脉冲的长度或形状。
[0059] 最小但是仍然充分的电流能够被用来确保，所施加的扭矩或动量足以克服机电装 置上的阻力扭矩，同时，机电装置的所施加的扭矩小到足以不浪费任意能量。因此，可靠性 以及功率消耗得到改善。
[0060] 通过对控制信号与运动检测器信号之间的几个相位差求平均值，控制的质量能够 得到改善。因为相位差的测量中的误差和抖动，平均相位差不太易于受到统计误差或部件 公差的影响，因为统计误差或机电误差在求平均值期间在很大程度上相互抵消。因此，能够 确定更可靠且稳定的相位差，产生对控制信号更精确的影响。时域相位差样本采集得越多， 相位测量中的误差就更小。但是如果采集较少的样本用于求平均值，则对机电装置上的负 载的测量被更快地确定，允许对机电装置上的变化负载做出更快的反应。
[0061] 在运动检测器包括遮断旗形件并且如果使用两个检测器的情况下，对多个样本 (数量为4的倍数）求平均值可能是特别有效的。
[0062] 如果通过调节所述控制信号使得所述施加的扭矩总是超过所述机电装置的所述 阻力扭矩来防止机电装置停转，则操作设备的可靠性被最大化，而同时，功率消耗被最小 化。特别是对于医疗装置，在机电装置限定将被输送的药物的剂量的情况下，确保机电装置 的精确移动是必要的。
[0063] 进一步优选的是，如果相位差超过阈值，则控制信号的电流增加。该阈值可以预先 确定。阈值能够依赖于试验数据，使得机电装置上的驱动扭矩能够根据相位差来计算或能 够直接考虑临界相位差。阈值还能够是可变阈值。以这种方式可以将依赖具体情形的变量 考虑进去，以进一步优化相位差与机电装置上的扭矩或负载之间的关联性的精确性。例如， 这种变量可以是驱动负载的惯量或测定的温度。在设备为医疗装置，具体地说是便携式医 疗装置的情况下，可以考虑被输送的流体或药物的特性或电池的电荷状态。

【专利附图】

【附图说明】
[0064] 本领域技术人员在适当参照附图阅读下列详细描述之后，本发明的各个方面的这 些以及其它优点将变得明显，在这些附图中：
[0065] 图1示出包括控制单元、机电装置和运动检测器的设备的示例性实施例的示意 图；
[0066] 图2示出示例性控制信号和示例性运动检测器信号的示意图；
[0067] 图3示出表示机电装置根据控制信号的期望移动的阶跃函数和表示机电装置根 据运动检测器信号的移动的阶跃函数的另一个示意图；
[0068] 图4示出利用两个检测器的运动检测器的示例性实施例；
[0069] 图5示出作为步进电机上的测定阻力扭矩的函数的控制信号与运动检测器信号 之间的测定相位差的三个系列测量结果的图示；
[0070] 图6示出用于与药物输送装置一起使用的驱动机构的示意图；
[0071] 图7示出图6中所示的驱动机构的另一个示意图，并且
[0072] 图8a_b示出可以与图6所示的驱动机构一起使用的运动检测器。

【具体实施方式】
[0073] 图1和图2示出设备1的示例性实施例的示意图和示例性运动检测器信号12、16 和示例性控制信号8的示意图。设备1包括控制单元2、机电装置4和运动检测器6。本情 形中的控制单元2经连接装置向机电装置4发送控制信号8(在图2中能够看到）阻力扭 矩。机电装置的机械运动由箭头5示出并且由运动检测器6检测。运动检测器6然后经阻 力扭矩连接装置7提供影响控制单元2的运动检测器信号12、16 (在图2中能够看到）。
[0074] 控制单元2可以是例如任意一种微处理器。它可以是特别专用于控制机电装置4 的微处理器或也可以是专用于其它任务的一般微处理器。控制单元2能够将控制信号通过 诸如电缆的任意典型的阻力扭矩连接装置3传输至机电装置4,但是，控制单元2和机电装 置4也可以无线地通信。
[0075] 图1的示意图中的运动检测器6将运动检测器信号12、16直接提供给控制单元2。 当然，运动检测器信号12、16还可以经例如其它处理单元间接地提供给控制单元2。
[0076] 如从图1能够看到的，图示的设备1包括控制单元2、机电装置4和运动检测器6， 并且因此构成闭环控制系统。
[0077] 现在转向图2,信号8、12、16被画在一个坐标系中，在该坐标系中，时间在X轴上， 而产生的阶跃和阶跃响应在y轴上。为了更好地示出，使信号沿y方向移位以将它们分开， 因此示出脉冲的时间和相位关系。控制信号8包括产生单脉冲10的上升边沿和下降边沿。 脉冲10的上升边沿在该示例中在时间h处。这种脉冲10从控制单元2被发送至机电装置 4。在步进电机的情况下，脉冲10的上升边沿构成单阶跃。例如，在机电装置4能够基本上 自由移动的情况下（这意味在机电装置4上不存在负载或阻力扭矩），运动检测器6产生包 括脉冲14的运动检测器信号12。如能够看到的，在控制信号8的脉冲10与运动检测器信 号12的脉冲14之间已经存在延迟。脉冲14的上升边沿在时间h处。当然，由于电子器件 并且因为控制信号8要在运动检测器信号12能够被接收之前被发送，所以总是存在延迟。 即使该延迟可以是可忽略的，在脉冲10与脉冲14之间也会存在延迟。该延迟取决于运动 检测器6、6a、6b提供运动检测器信号12、16的方式以及运动检测器信号12、16的分辨率。 例如，如果遮断旗形件32被用作运动检测器6、6a、6b的部分，则它取决于遮断器32的旗形 件32a、32b的位置和所提供的旗形件的数量，以及脉冲10和14在时间上相对于彼此偏移 情况如何（关于运动检测器的更多细节，参见图4、图8a和图8b)。当将小齿轮/译码器附 接到电机轴时，译码器旗形件的旋转取向在装配过程期间被设置。因此，即使在电机上不存 在负载时，在控制信号的脉冲10与运动检测信号的脉冲14之间也可能存在明显的相位差。 [0078] 在某些构造中，例如，当旗形件的数量与步进电机一转的脉冲的数量相同时，脉冲 10与脉冲14之间的延迟可能是固定的。如果为使步进电机转一转而给步进电机的脉冲的 数量为运动检测器的脉冲的数量的整数倍n，则在给步进电机的每个第η脉冲10与来自运 动检测器的脉冲14之间存在固定延迟。例如，当电机在无负载下被驱动时，能够确定该固 定延迟。
[0079] 信号16也为运动检测器信号。在本情况下机电装置4受载。机电装置4上的阻 力扭矩影响机电装置4的移动，使得与不处于负载下的机电装置4相比，移动在时间上发生 明显偏移。这能够从包括脉冲18的信号16看到，该脉冲18包括在时间t 2处的上升边沿。 信号12的脉冲14与信号16的脉冲18之间的差被指示为图2中的脉冲14和18的上升边 沿之间的时间差^-^。当然，脉冲的其它特性，诸如下降边沿，能够用来确定相位差。就周 期性信号而言，该时间差也能够被表达为相位差，而该周期性信号的全周期具体地对应于 360。。
[0080] 通常，测定时间差包括延迟。但是，由于如上述，延迟可能是固定 延迟，所以这可以考虑通过从测定的时间差i^-tu减去i^-tu以便获得时间差1^-ti作为无载 机电装置与负载机电装置之间的相位差的度量。
[0081] 可以使用控制信号8与运动检测器信号16之间的时间或相位差作为机电装置4 上负载的测量结果。因此，控制单元2能够独立于时间或相位差改变控制信号8的幅值（在 本情况下为电流或电压）。在机电装置4为步进电机的情况下，针对机电装置4开始打滑或 甚至停转之前控制信号8与运动检测器信号12、16之间的最大时间或相位差，可以有一个 值，例如，根据经验确定的值。该最大时间或相位差也能够基于理论计算。这种理论计算可 以例如包括步进速率或被驱动的负载的惯量。最大相位差能够例如为90°。为了为机电装 置提供可靠的操作，能够避免这种高相位差（接近打滑或停转条件），并且低得多的相位差 优选地被维持。
[0082] 图3示出表示机电装置4根据控制信号8的期望移动的阶跃函数20和表示根据 机电装置4运动检测器信号12、16移动的阶跃函数22的另一个示意图。这些信号被画在 个坐标系中，在该坐标系中，时间在X轴上，幅值（具体地说步进移动）在y轴上。为了 更好地示出，使信号沿y方向移位以将它们分开。阶跃函数20、22中的每个阶跃表示机电 装置的移动。如能够看到的，由控制单元2指示的阶跃与由运动检测器6检测的阶跃之间 的比率为1:1。例如，通过改变每转运动检测器的遮断器旗形件的数量，其它比率也是可能 的。在该示例中，使用了步进电机，并且阶跃函数中的每个阶跃表示步进电机的步。如从图 3能够看到的，当由控制信号20指示的阶跃与由运动检测器信号22指示的阶跃之间的时间 差24、26、28、30增加时，两个函数20、22之间的面积增加，反之减小。因此，函数20、22之 间的面积23也能够被用作时间差或相位差的度量并且因此用于机电装置4上的负载或阻 力扭矩的度量。
[0083] 如图3所示，两个函数20、22的两个相关的阶跃之间的时间差或相位差能够针对 后续阶跃变化。例如，相位差30大于相位差28。这不仅由于机电装置上的变化负载，而且 由于测量不准确。通过使用多个阶跃之间的面积23作为机电装置上的负载或阻力扭矩的 测量，在图3中，例如，在时间t 3与时间t4之间，能够实现求平均值，以更低的统计误差提供 时间差或相位差。
[0084] 例如，如果相位差24、26、28和30分别用Φ24、<P26、Φ28和φ3〇指示，则平均相位 差能够被计算为：
[0085]

【权利要求】
1. 一种设备，包括： -机电装置（4、70、86)， -控制单元（2)，其被配置成通过控制信号（8)控制所述机电装置（4、70、86)，和 -运动检测器（6、6a、6b)，其被配置成提供运动检测器信号（12、16)， -其中，所述运动检测器（6、6a、6b)被配置成使得所述机电装置（4、70、86)的机械运动 得以确定， 其特征在于， 所述控制单元（2)被配置成使得所述控制信号能够受到所述控制信号（8)与所述运动 检测器信号（12、16)之间的相位差的影响。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制单元（2)被配置成使得所述控制信号 (8)的电流能够取决于所述控制信号（8)与所述运动检测器信号（12、16)之间的相位差而 改变。
3. 根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述机电装置（4、70、86)是步进电机或无刷 DC-电机。
4. 根据权利要求1至3中的任一项所述的设备，其中，所述运动检测器^、6a、6b)至少 包括遮断器（32)、发射源（34)和检测器（28、30)。
5. 根据权利要求1至4中的任一项所述的设备，其中，提供用以对控制信号（8)与运动 检测器信号（12、16)之间的多个相位差进行平均的单元。
6. 根据权利要求1至5中的任一项所述的设备，其中，所述控制信号（8)被调节为使 得所述机电装置（4、70、86)的所施加的扭矩总是超过所述机电装置（4、70、86)上的阻力扭 矩。
7. 根据权利要求1至6中的任一项所述的设备，所述设备是医疗装置，具体地是便携式 医疗装置，用于输送至少一种流体，具体地是药物输送装置。
8. 根据权利要求1至7中的任一项所述的设备，进一步包括： -包含第一流体的至少第一存储部（58)，和 -至少连接至所述第一存储部的流体通道， -其中，所述机电装置（4、70、86)被配置成使其能够至少在所述第一存储部（58)中的 所述第一流体上施加压力，使得所述流体被引导通过所述流体通道。
9. 根据权利要求1至8中的任一项所述的设备，进一步包括传动系（50)，其中，所述机 电装置（4、70、86)驱动所述传动系（50)以施加压力在所述第一流体上。
10. -种用于操作设备的方法，具体地用于操作根据权利要求1至9中的任一项所述的 设备，所述方法包括如下步骤： -通过控制信号运行机电装置， -根据所述机电装置的机械运动产生运动检测器信号，和 -依赖于所述控制信号与所述运动检测器信号之间的相位差，影响所述控制信号。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中，所述控制信号的电流取决于所述控制信号与 所述运动检测器信号之间的所述相位差而改变。
12. 根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述控制信号与所述运动检测器信号之 间的多个相位差在所述控制信号受到影响之前被平均。
13. 根据权利要求10至12中的任一项所述的方法，其中，通过调节所述控制信号使得 所述机电装置的所施加的扭矩总是超过阻力扭矩而防止所述机电装置停转。
14. 根据权利要求10至14中的任一项所述的方法，其中，如果所述相位差超过阈值，则 所述控制信号的所述电流增加。
【文档编号】H02P8/16GK104221276SQ201380020075
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年4月24日 优先权日:2012年4月25日
【发明者】C·内塞尔, D·穆尔 申请人:赛诺菲-安万特德国有限公司